基于LPC2478与ADS7843的工业触摸屏设计

  触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点，相比键盘输入，触摸屏技术更简单、直观、快捷，且具有丰富多彩的表现能力。设计触摸屏时，最重要的问题是准确定位触摸点的坐标位置，本文详细介绍了利用工业级芯片LPC2478与ADS7843设计四线电阻触摸屏的实际方案。

1 硬件设计
1．1 硬件选择
    LPC2478芯片内部集成了LCD接口，它的工作范围为-40～+80℃，其宽温的特点特别适合工业领域。ADS7843芯片是一款专为触摸采样设计的芯片，12位可编程精度。外部参考电压范围从1 V～Vcc均可，Vcc最高电压为5 V，高速低功耗使得ADS7843非常适用于电阻触摸屏的手持设备。
1．2 硬件电路
    笔者设计了ADS7843的硬件接口电路(如图1所示)。该电路中采取了利用LPC2478的GPIO管脚模拟SPI时序的方式，将DCLK，CS，DIN，BUS-Y，DOUT接到LPC2478的5个GPIO引脚上。将ADS7843的引脚接到LPC2478的中断1上的方式。采用的四线电阻触摸屏，分别接到ADS7843的X+，Y+，X-，Y-引脚上。

1．3 采集方式
    ADS7843有2种参考电压模式：单端模式和差分模式。在单端模式中，参考输入电压选取的是Vcc和GND。由于内部的开关电阻压降影响转换结果带来误差，所以转换器内部的低阻开关对转换精度有一定影响。差分模式参考输入由未选中的输入通道Y+，Y-，X+，X-提供参考电源和地。不管内部开关电阻如何变化，其转换结果总与触摸屏的电阻成比例，克服了内部开关电阻的影响，但当转换频率很高时则增加了功耗，需要考虑低功耗设计。笔者基于采样精度的原因在程序中采用了差分方式。
    ADS7843的引脚是一个PIN中断引脚，在触摸显示屏时可产生一个低电平，触发LPC2478的中断，采用下降沿触发的方式。一次点击触摸屏的过程捕获图2的电平变化过程。对于采用中断方式采集电平变化不是很适合，同时无法捕获触摸屏上的滑动过程，所以笔者使用了循环采集方式。

    循环采集方式：主要是通过LPC2478定时采集ADS7843的方式，在笔者的程序中定时器的时间间隔设置为50 ms。该方式由于加大了CPU的负荷，所以不太适合速度较慢的MCS51单片机，但比较适合LPC2478的处理器。每次采集的数据要与上次数据进行对比，以判断是否为新的数据。
    研究中主要利用LPC2478与ADS7843进行显示和外部输入，无其他大量计算，也不对设备进行实时控制。所以比较中断方式与循环方式的优缺点，主要为了对一些屏幕上滑动动作可以较好进行响应，最后采用了循环采集方式。
1．4 ADS7843采集流程
    采用12位差分模式的采集方式，程序中的控制字分别为0xg0(x坐标)和0xD0(y坐标)。根据ADS7843的时序图，笔者采集程序的工作流程：经过8个时钟周期发送完毕控制字后，在DCLK的下降沿连续读取12次，从而读取触摸屏上的AD采样数值。由于笔者采用的循环采集方式，采集进来的数据不一定是经过人对屏的触摸产生的数据。在笔者使用系统中，LPC2478液晶屏采用的是夏普LQ043T3DX02 LCD屏，采集到数据如果x轴数据为4 095(y轴数据采集到数据多数为O，但有的时间可能不为0)。说明采集到数据时并没有人触摸屏幕，该数据可以直接丢弃。
    在实际中不仅仅关心ADS7843对当前触摸点电压值A／D转换值，更关心触摸点与LCD坐标的关系。可通过下列转换公式进行转换：
   
式中：x，y为LCD坐标中的坐标；xAD，yAD为ADS7843采集到AD值；Tchscr_XMax，Tchscr_XMin，Tchscr_YMax，TchScr_YMin为触摸屏返回x，y坐标的范围。

2 结语
    本文介绍的利用芯片LPC2478与ADS7843设计四线电阻触摸屏的实际方案实现了具体功能。实际应用表明，采用LPC2478设计的触摸屏具有较强的可靠性以及环境适应性。